تاریخچه تولید فولاد

فولاد یا استیل یکی از مهم ترین مواد ها در جامعه صنعتی در سطح جهان است. صنعت فولاد سازی نقش کلید ای در زمینه های تولیدی و مهندسی دارد. فولاد سازی فرآیند تولید فولاد از سنگ آهن و یا آهن قراضه است. در فولاد سازی، ناخالصی های مانند نیتروژن، سیلیکون، فسفر، گوگرد و کربن اضافی که از آهن منشا گرفته، حذف می شود وعناصر آلیاژی مانند منگنز، نیکل، کروم، کربن و وانادیم برای تولید گرید های مختلف فولاد، به آن اضافه می شود.

این صنعت قدمت زیادی دارد و هزاران سال است که فولاد به دست بشر تولید می شود. اما تا اواسط قرن نوزدهم فولاد سازی در مقیاس کلان، تجاری سازی نشده بود، قدیمی ترین نمونه های فولاد به 1800 سال قبل از میلاد مسیح برمی گردد و از آن زمان با پشت سرگذاشتن عصرهای گوناگون به کاربرد های امروزی رسیده است. در دهه های 1850 و 1860، فرآیند های بسمر و فرآیند زیمنس مارتین، فولاد سازی را به یک صنعت سنگین تبدیل کرد.

امروزه فولاد در اکثر کشورهای جهان تولید می شود. بیشتر از 96 درصد فولاد جهان در 36 کشور تولید می شود و چین بزرگ ترین تولید کننده فولاد است. به طور کلی دو روش تجاری عمده برای ساخت فولاد وجود دارد. فرآیند اکسیژن بازی یا به نام دیگر، روش کوره بلند و روش کروه قوس الکتریکی.

فولاد سازی با کوره بلند

 روش کوره بلند یکی از قدیمی ترین روش های تولید و استخراج فولاد است که توسط به بسمر(Bessemer) به ثبت رسید. فرآیند بسمر شامل دمیدن هوا از میان چدن مذاب و استفاده از اکسیژن موجود برای سوزاندن ناخالصی ها و در نتیجه تولید فولاد می باشد. کوره بلند تاسیسات عظیمی است که به واسطه آن آهن خام ذوب و از ناخالصی ها تفکیک می شود. اکسید های آهن به شکل قرص یا کلوخه که از معادن سنگ آهن استخراج شده اند توسط تسمه نقاله از دهانه بالای تاسیسات وارد کوره بلند می شود.

 در این روش پودر ذغال سنگ از اجاق کک عبور می کند و به کوره ریخته می شود و در امتداد هوای گرم از کف دمیده می شود و سنگ آهن داخل تاسیسات ذوب می شود و آهن خام از یک طرف و سرباره که منظور همان ناخالصی هاست از طرف دیگر خارج  می شود. سپس آهن خام به ماشین حمل مذاب منتقل می شود و آماده فرآوری می شود.

در طول سال های گذشته تا کنون سازوکار و تجهیزات کوره بلند تفاوت چندانی نکرده است. به همین دلیل طراحی ساختمان کوره بلند از همان اصول اولیه پیروی می کند.

اولین و بزرگ ترین کوره بلند در ایران متعلق به ذوب آهن اصفهان است که توسط شوروی سابق ساخته شد و کوره های دیگر با فناوری جدیدتر توسط کره جنوبی در ایران ساخته شد.

فولاد سازی با کوره قوس الکتریکی

روش کوره قوس الکتریکی یا کوره EAF روش بسیار پرکاربردی و مهم دیگری است که تولید کنندگان فولاد از آن بهره برداری می کنند و این روش در صنایع ذوب ایران و جهان شناخته شده است. اختراع این تاسیسات به سال 1878 برمیگردد که به دست هرولت انجام گرفت. ساز وکار اصلی این تاسیسات بر پایه ایجاد قوس بین دو الکترود افقی است.

در واقع کوره قوس الکتریکی یک حمام مذاب وجود دارد و در قسمت بالایی آن الکترود های کربنی جا گرفته اند. دما در این کوره بسیار بالا است، (حدودا 3000 درجه سانتی گراد) و به همین دلیل بدنه و سقف این کوره ها با لوله های آبگرد پوشانده شده است. دو ماده ای که نقش کلیدی در محفظه کوره قوس الکتریکی دارند، قراضه و آهن اسفنجی هستند. کوره های قوس الکتریکی به دلیل بازدهی بالا در تبدیل انرژی الکتریکی به حرارتی کاربرد بسیار زیادی دارد و در حال حاضر 30 درصد از فولاد های جهان با این روش تولید می شوند.

محصولاتی که با کوره قوس الکتریکی تولید می شوند شامل ناودانی، میله، تسمه، میلگرد و طیف وسیعی از گرید های فولاد، می باشد.